ÚZEMNÍ ENERGETICKÁ KONCEPCE HLAVNÍHO MĚSTA PRAHY ( ) PŘÍLOHA Č. 8 ZAHRANIČNÍ ZKUŠENOSTI

Transkript

1 ÚZEMNÍ ENERGETICKÁ KONCEPCE HLAVNÍHO MĚSTA PRAHY ( ) PŘÍLOHA Č. 8 ZAHRANIČNÍ ZKUŠENOSTI

2 Obsah ČÁST 1 ENERGETICKÝ MANAGEMENT V EU ENERGETICKÝ MANAGEMENT CHYTRÝCH MĚST Platforma pro Smart Cities (Smart Cities Stakeholder Platform) Hodnocení měst projekt Smart Cities Ranking Green Digital Charter (Zelená digitální charta) Příklady Smart Cities Amsterdam Manchester Lyon... 6 ČÁST 2 PŘÍSTUP JEDNOTLIVÝCH MĚST K ENERGETICKÝM PLÁNŮM RENOVACE STÁVAJÍCÍCH A VÝSTAVBA NOVÝCH ENERGETICKY EFEKTIVNÍCH BUDOV Úvod Příklady měst usilujících o energetickou efektivnost Londýn Berlín Stockholm Hamburg Tokio VYUŽITÍ ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ Tepelná čerpadla Využití zemského tepla jímaného za pomoci podzemních staveb prostřednictvím TČ Využití energie odpadních vod pomocí TČ Přímé chlazení pomocí povrchových vod Centrální systém chlazení v Paříži Přímé chlazení jezerní vodou v Ženevě Čistírenské kaly a bioodpady Úvod Nakládání s čistírenskými kaly v kantonu Bern (Švýcarsko) Termické sušení kalů pro energetické využití v oblasti Noorderkwartier (Nizozemí) Termické sušení kalů pro energetické využití v Německu Využití bioplynu ve městě Bern Využití bioplynu ve městě Stockholm Využití bioplynu ve městě Lille SEZNAM TABULEK, OBRÁZKŮ A ZKRATEK Seznam tabulek Seznam obrázků Seznam zkratek

3 ČÁST 1 ENERGETICKÝ MANAGEMENT V EU 3 78

4 1 Energetický management chytrých měst Koncept Smart Cities souvisí s posunem vnímání města jako souboru infrastruktury k širšímu souhrnu obohacenému o sociální, komunikační a environmentální infrastrukturu. Města se označují jako smart (chytrá), pokud investují do udržitelného rozvoje, kvality života, rozumnému využití zdrojů, zapojování svých občanů, efektivity, komunikačních technologií, apod. Evropská unie si je vědoma důležitosti měst, neboť se v nich soustřeďuje 80 % populace a je zde tvořeno přes 70 % HDP. Proto je ze strany Evropské unie koncept Smart Cities podporován v rámci několika projektů. Každý projekt přistupuje k tématu Smart Cities z jiného úhlu. Smart Cities se vyznačují: chytrou správou komplexní uvažování, vize a strategické plánování, občanská participace, spolupráce, udržitelným rozvojem ekonomika, životní prostředí, kvalita života a sociální témata, inovacemi a moderními technologiemi energetika, doprava, životní prostředí, vzdělávání, zdravotní péče, sociální péče, e-úřadování, atd. V rámci energetiky Evropská komise založila strategický plán směřující k rozvoji nákladově efektivním nízkouhlíkovým technologiím SET-Plan. Strategický plán sdružuje plánování, implementaci, zdroje, mezinárodní spolupráci a energetické technologie. V rámci tohoto plánu vznikl rovněž tzv. SETIS, což je informační systém, který pomáhá vybírat vhodné technologie a priority, monitorovat implementaci, vyhodnocovat a identifikovat korektivní opatření. V rámci nejdůležitějších iniciativ lze zmínit Platformu pro Smart Cities a projekt zabývající se hodnocením z hlediska Smart Cities. 1.1 Platforma pro Smart Cities (Smart Cities Stakeholder Platform) Platforma pro Smart Cities byla založena Evropskou komisí a má dva cíle. Prvním je rozšiřování informací o technologických řešeních a potřebách pro zúčastněné členy. Druhým cílem je poskytování informací pro Evropskou komisi. Platforma je otevřená všem, kteří se do ní přihlásí. Platforma má tři pracovní skupiny: doprava a mobilita, energetické zásobování a sítě, energetická efektivita, budovy a ITC. Více informací je možné nalézt zde:

5 1.1.1 Hodnocení měst projekt Smart Cities Ranking Projekt zavedl 6 hodnotících os, na základě kterých hodnotí evropská města. Na webu projektu je žebříček měst. Jednotlivé osy jsou: správa hodnotí se participace občanů, veřejné služby, doprava a politická strategie, ekonomika hodnocena je např. flexibilita, produktivita, inovativnost, apod., mobilita hlavními indikátory jsou dostupnost, národní a mezinárodní dostupnost, dostupnost IT infrastruktury, udržitelnost, prostředí hodnotí se emise, ochrana životního prostředí, atraktivita prostředí, lidé hodnocena je kvalifikace, pluralita, kosmopolitnost a participace ve veřejném životě, život nejdůležitější indikátory se týkají kultury, zdraví, bezpečnosti, bydlení, kohezi, apod. Obrázek 1: Hodnotící osy projeku Smart Cities Ranking Více informací je možné nalézt zde: Green Digital Charter (Zelená digitální charta) Green Digital Charter je charta vytvořena skupinou měst EUROCITIES, jejímž členem je i Praha. Charta vytváří pro města rámec k využívání informačních a komunikačních technologií (ICT) jako hlavního pilíře pro zvýšení energetické efektivity. Charta má povzbudit vedení měst k inovativním technickým řešením a vytváření partnerství pomáhajících ke splnění závazků v ochraně klimatu. Mezi veřejnou správou a privátním sektorem má charta sdílet odborné znalosti a zkušenosti v oblasti ICT a ochrany klimatu, spolupracovat s národními, Evropskými a mezinárodními iniciativami. Signatáři charty se zavazují mimo jiné k zahájení 5 velkých pilotních projektů před rokem 2015 a do roku 2030 snížit přímou CO 2 stopu o 30 %. Mezi signatáře patří např. Lisabon, Helsinky, Vídeň či Norimberk. 5 78

6 Mezi způsoby, jak zvýšit efektivitu ICT patří: preference hardwaru s nižší spotřebou (např. notebooky), využití obnovitelných zdrojů pro napájení, využití tepla z ICT techniky, sdílené ICT služby, cloudy, virtualizace, strategie pro využívání ICT, zavedení systémů pro jasnou měřitelnost emisních a energetických parametrů, využití ICT pro smart řešení: smart grids, smart metering, inteligentní budovy, atd. 1.3 Příklady Smart Cities Amsterdam Amsterdam Smart City (ASC) je program, který kombinuje byznys, lokální správu a akademickou sféru. Program začal v roce 2013 a je zaměřen na přístup zezdola, tedy podporu nápadů pro nové produkty a služby. Vývoj Amsterdamu jako Smart City je postaven na dvou pilířích: 1. Stimulace vývoje nových produktů a služeb, které zlepšují kvalitu života a které pomáhají řešit sociální problémy. 2. Zajištění otevřené infrastruktury, která služby a produkty umožňuje. Díky těmto dvěma pilířům bylo možné v Amsterdamu představit mnoho novátorských projektů. Uvádíme některé z nich: připojení wifi zdarma v některých částech města, pilotní projekt smart meteringu v části města, inteligentní veřejné osvětlení, využití palivových článků k výrobě elektrické energie, rozšíření rychlého internetu, důsledný energetický management v budovách ve vlastnictví města, podpora cyklistiky, smart management dopravy, gamifikace úspor v domácnostech. Více informací: Manchester Lyon Manchester se v první fázi své proměny zaměřil na efektivní dopravu a informační a telekomunikační technologie. Mimo jiné město založilo Manchester Digital Development Agency (MDDA) a přijalo tzv. Manchester Digital Strategy. Cílem této strategie je rozvoj infrastruktury pro velmi rychlý internet. Založená agentura rovněž spolupracuje v rámci pilotních projektů zaměřených na smart využití energie. Město Lyon přijalo tzv. smart city strategii, která je postavena na 4 pilířích: 6 78

7 zaměření na environmentální problémy a energetiku, hlavní aktéři fungující v rámci sítě, posun od vlastnictví k užití, tedy především participace uživatelů při návrhu služeb a produktů, zahrnutí nových technologií (především ICT, doprava, atd.). Ze strategie vychází řada služeb a projektů. Např. rozšiřování optických sítí, využití veřejných dat, pilotní projekty smart grid či projekty zaměřené na mobilitu. 7 78

8 ČÁST 2 PŘÍSTUP JEDNOTLIVÝCH MĚST K ENERGETICKÝM PLÁNŮM 8 78

9 2 Renovace stávajících a výstavba nových energeticky efektivních budov 2.1 Úvod Spotřeba energie v budovách tvoří významný podíl spotřeby energie v Evropě. Jednotlivé státy proto organizují různé programy na podporu energeticky úsporné výstavby a renovaci stávajících budov. Některé programy mají celoevropský charakter dobrým příkladem je iniciativa sdružující environmentálně aktivní města nazývaná Pakt starostů a primátorů (v angličtině Covenant of Mayors, CoM). Pakt se zaměřuje na orgány místní a regionální správy, které se dobrovolně zavazují ke zvýšení energetické účinnosti a používání obnovitelných zdrojů energie na území, jež spravují. Signatáři Paktu se zavazují ke splnění a překročení cíle Evropské unie snížit do roku 2020 emise CO 2 o 20 %. S cílem proměnit politický závazek v konkrétní opatření a projekty se signatáři Paktu především rozhodli připravit Akční plán pro udržitelnou energii (tzv. SEAP) společně s výpočtem referenčních emisí. Akční plán je předložen do jednoho roku od podpisu Paktu. Kromě úspor energie se výsledky opatření jednotlivých signatářů různí: vytvoření kvalifikovaných stabilních pracovních míst, zdravější životní prostředí a kvalita života, větší hospodářská konkurenceschopnost a větší energetická nezávislost. Signatáři Paktu jsou podporováni ve své činnosti speciálně zřízenou Kanceláří Paktu a mají rovněž jednodušší přístup k některým finančním zdrojům. Aktuálně se k Paktu starostů a primátorů připojilo signatářů z celé Evropské unie, ale i mimo ni (několik signatářů je také v Asii). V České republice se k Paktu připojilo 6 obcí a měst, mimo jiné Ostrava, Jeseník a Hlinsko. Posledně dvě jmenovaná města rovněž již podala svůj Akční plán. Akční plán pro udržitelnou energii se zaměřuje na úspory ve všech sektorech: veřejném i soukromém. Nejčastěji bývají změny zaměřeny na veřejné budovy, dopravu a pobídky pro soukromý sektor. Obvyklé jsou také informační akce pro obyvatele zaměřené na vhodné změny chování. Více informací je možné nalézt zde:

10 2.2 Příklady měst usilujících o energetickou efektivnost Londýn Obrázek 2: Letecký pohled na Londýn Evropský cíl znamená snahu o snížení produkce skleníkových plynů, snížení energetické spotřeby a zvýšení podílu obnovitelných zdrojů o 20 % do roku 2020, přičemž základem pro srovnání je rok Londýn jako město šel nad rámec této iniciativy a vyhlásil cíl snížení emisí skleníkových plynů o 60 % do roku Cestou k tomuto cíli jsou úsporná opatření v existujících budovách, která jsou financována třetí stranou. Opatření jsou vybrána tak, aby měla maximální efekt a co nejkratší dobu návratnosti. Oproti praxi v ČR jsou cílem většinou opatření zaměřená na technické systémy budov, nikoli primárně na zateplování stavebních konstrukcí. Tato opatření mají výrazně lepší ekonomickou efektivitu. Projekt s názvem RE:FIT je z 90 % financován evropskými fondy programem ELENA (European Local ENergy Assistance Programme) a z 10 % městem Londýn. Faktickou realizaci zajišťují společnosti poskytující energetické služby (ESCO). Z hlediska příjemce má program tyto výhody: téměř nulové náklady z vlastního rozpočtu, významné snížení provozních nákladů, opakovaná řešení, garance úspor, krátká doba návratnosti. Pracovní rámec programu RE:FIT funguje od roku Do pilotního projektu bylo zapojeno 42 budov v majetku města: 10 hasičských stanic, 10 budov policie a 22 kancelářských budov dopravního podniku. V těchto budovách byla vytipována úsporná opatření, která byla realizována s náklady 7 mil GBP. Dosažená výše úspor je průměrně 28 %, což odpovídá 1 mil. GBP celkové úspory nákladů. Prostá návratnost opatření byla tedy 7 let. V rámci ostrého spuštění programu RE:FIT v roce 2012 bylo zapojeno 69 organizací, celkem 136 budov. Pomocí investice ve výši 15,1 mil. GBP bylo dosaženo ročních úspor 2,16 mil. GBP. O rok později program sloužil 370 budovám, investiční náklady byly 26 mil. GBP, roční úspory 4,9 mil. GBP. Nově se v programu objevuje i smíšené financování projektů od vlastních zdrojů přes centrálně dostupné půjčky až po financování třetí stranou

11 V rámci dalšího vývoje programu se očekává nárůst na více než 600 budov s úsporami 12 mil. GBP v roce V roce 2025 se předpokládá pokrytí 40 % budov veřejného sektoru s úsporami 80 mil. GBP ročně. Obrázek 3: Newham University Hospital zdravější vnitřní prostředí. Jako konkrétní příklad úspěšného řešení je možno uvést nemocnici Newham University Hospital. V nemocnici byla rekonstruována vzduchotechnika. Výměna větracích jednotek stála 433 tis GBP a přinesla úsporu ve výši 9,8 % provozních nákladů a snížení emisí CO2 o 732 tun ročně. Prostá návratnost opatření je 5 let. Kromě ekonomické a environmentální stránky je nutno zmínit i to, že nemocnice získala kvalitnější a Kromě programu energetické modernizace budov je v Londýně (a i jinde ve Velké Británii) velmi přísná regulace týkající se celkové environmentální kvality budov, ať již nových nebo rekonstruovaných. Jako měřítko kvality je používán certifikační systém BREEAM, který se z Velké Británie rozšířil do celého světa. Všechny nové veřejné budovy v Británii musejí být certifikovány v úrovni Excellent, rekonstrukce musejí dosáhnout úrovně Very Good. Systém environmentálních certifikací má v Británii velmi velký význam. Povinnost dodržení vysoce náročných environmentálních kritérií není omezena pouze na sektor veřejných budov, ale i na budovy komerční a na obytné budovy. Od roku 2008 funguje The Homes and Communities Agency (HCA), což je vládní agentura vydávající nařízení ohledně kvality budov. Hodnocení BREEAM v úrovni Very Good nebo Code for Sustainable Homes Level 3 je minimálním standardem pro nové obytné budovy. Obecně lze konstatovat, že aplikace systému environmentálního hodnocení kvality budov jako standardu pro (zejména) veřejné budovy se osvědčila díky přehlednosti a porovnatelnosti. Klíčový je komplexní přístup zahrnující kromě nízké energetické náročnosti také další hlediska, jako je šetrnost ke zdrojům a lidskému zdraví

12 2.2.2 Berlín Městem s aktivní environmentální politikou je i Berlín. Město přijalo program Energy Saving Partnership, který spočívá v revitalizaci fondu budov při financování projektů z úspor (EPC). Berlínská energetická agentura (BEA) organizuje rekonstrukce veřejných a komerčních budov. Opatření jsou zaměřena zejména na technická zařízení budov a průměrná úspora je 26 %. Obrázek 4: Sídlo BEA BEA funguje od roku 1992 jako PPP (Private-Public Partnership) organizace. Jejími vlastníky jsou spolková země Berlín, Vattenfall Europe, GASAG a KfW Banking Group. Agentura má kolem 50 zaměstnanců, roční obrat kolem 11 mil EUR a tvoří zisk. Klíčovou aktivitou BEA je poskytování energetických služeb (ESCO). Ani v Berlíně nejsou klíčovou aktivitou opatření zaměřená na zlepšování tepelně-technických vlastností obalových konstrukcí, tj. zateplování budov a výměny oken. Mezi ekonomicky nejzajímavější opatření patří instalace kogeneračních nebo trigeneračních jednotek, instalace solárních systémů, opatření týkající se osvětlení a stlačeného vzduchu. Kromě tohoto výčtu jsou úspory hledány i v dalších oblastech technických zařízení budov. Cílem BEA je snížení emisí CO2 o 40 % do roku 2020 a o % do roku Energetická náročnost by měla být zredukována do roku 2020 o 20 % a do roku 2050 o 50 %. V roce 2050 se předpokládá dosažení CO2 neutrálního fondu budov. Aktivity by měly vést k eliminaci jaderných zdrojů elektřiny. Důraz je kladen na budoucí využití OZE, ale zejména také na decentralizaci zdrojů energie, tj. instalaci kogeneračních jednotek, zdrojů na biomasu a solárních termických systémů. Jedním z hlavních cílů je také zvýšení rychlosti modernizace fondu budov z 0,7 % (2005) na 2 % (cíl roku 2020). Do berlínského projektu se zapojilo cca 1400 budov. Garantované úspory jsou téměř 12 mil. EUR ročně při investičních nákladech 53 mil EUR. Mezi projekty lze najít nemocnice, školy, úřady, ale i kulturní centra apod. Obrázek 5: Budova Německé opery v Berlíně Příkladem dobré praxe je také Německá opera v Berlíně. Projekt úspor byl zaměřen na výměnu vzduchotechniky, optimalizaci chlazení, ohřev vody a regulaci systémů. Celkově bylo uspořeno 35,8 % nákladů, což reprezentuje přes 233 tis. EUR ročně. Investice ve výši 1,48 mil. EUR se tak vrátí za necelých 6 let. Smlouva o poskytování energetických služeb byla uzavřena na 12 let, což umožňuje rozdělení zisku z úspor mezi 12 78

13 poskytovatele financí a provozovatele budovy již od počátku. Berlínské zkušenosti ukazují, že je možno dosáhnout úspor až ve výši 35 % při velmi rychlé návratnosti. Opatření však opět nejsou zaměřena na zateplování budov obvyklé v tuzemsku. Jednou z klíčových součástí povolovacího řízení u nových budov v Německu je stejně jako v Británii environmentální certifikace budov. Ta je v Německu prováděna podle modifikovaného systému DGNB. Standard pro spolkové budovy v Německu s názvem Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen für Bundesgebäude (BNB) existuje jako výsledek spolupráce Ministerstva výstavby, dopravy a rozvoje měst a Německé rady pro šetrné budovy Stockholm Obrázek 6: Hammarby Sjostad před revitalizací Jedním z největších ekologických projektů dneška je revitalizace industriální zóny v Stockholmu. Bývalé sklady, doky, skládky, vrakoviště, vše, co se nasbíralo během růstu města a jeho potřeb, začalo být postupně obrovským problémem. V roce 1996 bylo rozhodnuto o revitalizaci rozsáhlého brownfieldu na okraji města sousedícího s mořem. V roce 2012 byla dokončena přeměna tohoto území na novou městskou čtvrť. Její rozloha je 200 hektarů a žije zde kolem 20 tis. lidí. Motem Hammarby Sjostad, jak se tato čtvrť nazývá, je udržitelnost. Nová výstavba zahrnuje bytové domy a komerční prostory, které poskytují cca 10 tis. pracovních míst. Kromě obvyklých funkcí nabízí čtvrť Hammarby také významnou edukační, kulturní a rekreační funkci. Hammarby se snaží být uzavřeným městským metabolismem, což zahrnuje efektivní využívání energií, unikátní dopravní řešení, odpadové hospodářství a péči o lokální ekosystémy. Obrázek 7: Hammarby Sjostad po revitalizaci Hammarby je environmentální a sociální experiment, který se podařil. Ideové základy vycházejí ze švédské myšlenky Osmi klíčových strategií pro dosažení udržitelnosti, zahrnujících budoucnost, snižování dopadů na klimatické změny, obyvatelstvo a jeho zdraví, sociální soudržnost, kvalitu života a bezpečnost, zaměstnanost, ekonomický růst a konkurenceschopnost a komunitní rozvoj. Cílem bylo vytvoření městské části, která bude dvakrát efektivnější oproti standardu bude spotřebovávat polovinu energie a bude mít poloviční dopad na životní prostředí. Energetická infrastruktura je kromě nadstandardních 13 78

14 technických vlastností budov založena na koloběhu odpadů přeměňovaných na energii, na recyklaci vody a materiálů a na využívání obnovitelných zdrojů energie. Koncept mimo jiné zahrnoval i velmi propracovaný systém sdílení automobilů, který nabízel obyvatelům možnost individuální dopravy jako službu bez nutnosti faktického vlastnictví automobilu. Podobné schéma je pro většinu Evropanů mentálně těžko přijatelné, ale v Hammarby výborně zapadalo do celkové koncepce, což umožnilo zavedené vzorce uvažování překonat. Hammarby se stalo nejen environmentálním pokusem, ale i zvláštním životním stylem. Obrázek 8: Letecký pohled na Hammarby Sjostad Výstavba byla podpořena z veřejných prostředků Lokálního investičního programu. Pro projekt bylo celkově alokováno 200 mil. SEK. Celkové investiční náklady dosáhly 5,7 mld. SEK. Veřejné prostředky byly určeny pro tyto účely: nákup nových technologií, podpora ekologických technologií, přenos vědomostí, sestavení expertního modelu umožňujícího odhad vzájemných vlivů částí developmentu, demonstrační projekty, pobídky pro nejlepší projekty a nejlepší budovy Hamburg Zvláštní pozornost zasluhuje město Hamburg, kde byl realizován velmi rozsáhlý a komplexní program ekologizace města. Město má 4,3 mil obyvatel a současně velké množství průmyslových podniků včetně velkého námořního přístavu. Jako velký dopravní uzel je zatěžováno i dopravou. Obrázek 9: Letecký pohled na HafenCity Hamburg přijal zákon o ochraně městského klimatu, jehož cílem bylo snížit emise CO2 od roku 1990 do roku 2020 o 40 % a do roku 2050 o 80 %. Program ochrany klimatu sestavený v roce 2007 se zaměřuje na deset oblastí a 14 78

15 identifikuje celkem na 450 opatření. Investice spojené s realizací programu jsou vyčísleny na 22,5 mil EUR ročně. Jednou ze zajímavostí municipálního programu je využití tepla odpadních kanalizačních vod k vytápění objektů. Hamburg byl v roce 2011 zvolen Evropským zeleným městem v soutěži pořádané Evropskou komisí. Zásadním projektem Hamburgu je obdobně jako ve Stockholmu rozsáhlá revitalizace průmyslové zóny, tzv. HafenCity. Projekt začal v roce 1997, v roce 2003 započala intenzivní výstavba. Nyní je velká část projektu hotova, nicméně finální zakončení je plánováno na rok HafenCity má plochu 157 ha a zahrnuje bývalý přístav a sousedící průmyslové zóny. Jeho výstavbou vzniklo tis. m 2 nových podlahových ploch (cca ¾ z toho jsou plochy obytné). Bylo postaveno více než 6000 bytů. Nová čtvrť poskytuje pracovní místa více než lidem. Principy projektu jsou postaveny na myšlenkách udržitelnosti. Projekt obsahuje vyvážené poměry rezidenčních budov, komerčních ploch, ale i budov s kulturními funkcemi a rozlehlé zelené oblasti sloužící rekreaci. Pokud jde o technická řešení, hlavní pozornost je věnována dosažení nízké energetické náročnosti budov. Tento přístup je tradiční v německy mluvících zemích, kde je téma udržitelnosti spojeno s pojmy pasivního domu. Nejsou však opomenuty ani další prvky, jako je materiálová náročnost staveb nebo doprava. Nové budovy v HafenCity musí svou environmentální šetrnost prokázat certifikací Ecolabel vyvinutou právě pro tento účel. Hodnocení Ecolabel má následující oblasti: Nízké potřeby primárních energií při provozu budovy, šetrnost při spotřebě vody, využití prostoru, zdraví neškodící stavební materiály, kvalita vnitřního prostředí, přístupnost pro invalidy a nenáročnost na údržbu. Certifikace se stala prestižní otázkou a nové budovy nyní dosahují stále lepších výsledků. Kromě ekologických budov je pro HafenCity charakteristická i inovativní infrastruktura. V místní teplárně jsou instalovány vodíkové články, je využívána geotermální a solární energie a část místních autobusů jezdí na vodíkový pohon. Projekt dbá i na budování vztahů s veřejností a edukační funkce. V průběhu roku jsou pořádány nejrůznější akce pro školy, veřejnost i návštěvníky města. Obrázek 10: HafenCity po revitalizaci HafenCity je centrálně spravovaný projekt. Pro jeho řízení a kontrolu byla založena společnost HafenCity Hamburg GmbH, která je 100% vlastněna městem Hamburg. Jejím posláním je spravovat veřejné prostředky a vhodně je používat k rozvoji města, plánovat výstavbu a zajišťovat dodržování závazků developerů. Projekt je financován ze soukromých zdrojů (cca 8 mld EUR) a veřejných zdrojů (cca 2,4 mld. EUR) získaných převážně prodejem pozemků pro development

16 2.2.6 Tokio Velmi razantní opatření přijalo Obrázek 11: Letecký pohled na Tokio Tokio pro nové budovy. Budovy s celkovou plochou větší než 5000 m2, (běžné velké kancelářské budovy v Praze mají plochu několikrát větší), musí splňovat podmínky Tokyo (Metropolitan Government) Green Building Program. Od roku 2002 bylo takto schváleno více než 1300 budov. Program hodnotí 12 vlastností budovy ve čtyřech skupinách efektivní využití energie, užití zdrojů a surovin, ochrana přírodního prostředí, redukce tepelné zátěže města. Každá vlastnost je hodnocena třístupňovou škálou. Výsledkem je celkové hodnocení, které má prahovou hodnotu pro schválení budovy. Hodnocení je veřejně vystaveno

17 3 VYUŽITÍ ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ 3.1 Tepelná čerpadla Využití zemského tepla jímaného za pomoci podzemních staveb prostřednictvím TČ Úvod Podzemní stavby, přesněji tunely sloužící drážní či silniční dopravě anebo pro vedení různých liniových staveb a infrastruktury, představují potenciálně využitelný zdroj tepla majícího původ z okolní zeminy (tzv. geotermální teplo) či vnitřních tepelných zisků generovaných faktickým užíváním tunelu pro stanovený účel (např. přepravu osob). Nízkoteplotní potenciál v nich generovaného tepla (dosahujícího trvale po celý rok teplot typicky v rozmezí C) však omezuje či lépe podmiňuje zpravidla jeho faktické využití zapojením tepelných čerpadel. Ty za pomoci pracovního okruhu s chladivem umožní zvýšit teplotní úroveň dodávaného tepla na hodnoty, které si charakter koncového odběru vyžaduje. Z hlediska tepelných zisků jsou rozlišovány dva druhy podzemních staveb (typicky tunelů), a to studené a teplé. Charakteristickým rysem teplých tunelů je existence vnitřních tepelných zisků z místní dopravy či infrastruktury, v případě studených pak jejich absence. Ne-existence vnitřních tepelných zisků přitom výrazně ovlivňuje míru tepelné energie, které lze z tunelu získávat. Míru tepelného potenciálu dále ovlivňuje hloubka, v které se stavba nachází, a dále složení zeminy či jinak její tepelná vodivost a akumulační schopnost (např. tunely vybudované v podloží bohatém na jíly lépe teplo z vnitřních zisků akumuluje, naopak podloží bohaté na písky či spodní vodu teplo z vnitřních zisků odvádí). Typické hodnoty tepelného potenciálu se přitom pohybují v rozsahu W/m2 plochy tunelu a nižší hodnoty jsou charakteristické pro studené tunely či tunely vedené nevhodným podložím a naopak vyšší při vysokých vnitřních tepelných ziscích a jílovém podloží. Druhou možností, jak tepelných zisků z podzemních staveb využívat, je zaměřit se na nucené větrání, kterým tyto stavby bývají vybaveny, s cílem využít tepelného potenciálu odváděného vzduchu. S ohledem na relativně nižší teploty v období letních měsíců, než které jsou na povrchu, lze přitom tyto stavby využít i jako zdroj chladu či alespoň jako prostor, do kterého lze předávat teplo ze zdrojů chladu pracujících na povrchu efektivněji, než pokud by bylo nutné teplo odváděné z klimatizovaných prostor odvádět volně do ovzduší za pomoci suchých chladičů (tj. výměníků, kterými je za pomoci ventilátorů intenzivně proháněn okolní vzduch)

18 Obrázek 12: Rozdělení podzemních staveb typu tunelů dle míry využitelných tepelných zisků (Zdroj: ARUP) Těchto předpokladů bylo využito u několika projektů a níže uvádíme přehled nejznámějších z nich stručným popisem technického řešení a dosahovaných přínosů. Z uvedených příkladů je zřejmé, že využití tepla ze vzduchu pro vytápění či ohřev TUV je vhodné především v případě stávajících stanic s vysokým provozním tepelným ziskem, kde teplota v prostorách metra příliš neklesá pod 20 C ani v zimních měsících. Kolektory, resp. tepelné výměníky jsou pak instalovány přímo do prostor stanice, popř. do ventilačních šachet. Z ekonomického hlediska je dále rozhodující způsob vyvedení tepla z podzemních prostor do místa užití, a sice možnost využití stávajících šachet či potřeba nových vrtů a výkopů. V případě novostaveb či rekonstrukcí podzemních stanic a tunelů metra je pak realizován výhradně systém kolektorů integrovaných do základových železobetonových stavebních prvků, což při kombinaci s vhodným podložím může navíc zajistit zajímavou provozní akumulační schopnost celého systému, který je na svém výstupu vždy využíván jak pro vytápění, tak pro chlazení. Příklady realizací využití tepla jímaného z podzemních staveb Vídeň železniční tunel Lainzer Novostavba Vídeňského železničního tunelu o celkové délce 12,8 km poskytla příležitost pro realizaci jednoho z pilotních projektů využití tzv. nízkopotenciálního tepla získaného z kolektorů integrovaných do konstrukcí podzemních staveb. V úseku v lokalitě Hadersdorf kde tunel prochází zeminou, tvoří stěnu tunelu železobetonové nosné piloty o průměru 120cm a délce 20m. Na vybraném úseku je pak do každého třetího pilotu integrováno potrubí představující sběrný kolektor. Nízkopotenciální teplo získané z celkem 59 tzv. energetických pilotů je dále odvedeno do kotelny nedaleké školy, kde je pomocí tepelných čerpadel zvýšena teplotní úroveň získaného tepla, které je pak využito pro vytápění a ohřev TUV. Systém představující celkově 100kW instalovaného tepelného výkonu by měl dle očekávání zastoupit část tepla (150 až 200MWh ročně) potřebného pro vytápění školy, ve které bude pro pokrytí špiček v zimních měsících zachována stávající plynová kotelna

19 Obrázek 13: Schéma využití tepla získaného z konstrukce podzemního tunelu Lainzer Celkové náklady tohoto pilotního projektu jsou odhadovány na 270 tis. EUR. Z ekonomického pohledu je nutno podotknout, že projekt byl realizován pouze díky poskytnutým dotacím a dalším formám podpory jak ze strany města Vídeň a evropských fondů, tak dodavatelů technologie a koncepce celého systému, kteří jej využijí pro vlastní výzkumné potřeby a prezentace v zájmu budoucího širšího využití této technologie. Stanice metra U2 ve Vídni V rámci rozšíření metra linky U2 byly do části prostor nástupiště metra a základových prvků (piloty, základové desky, stěny, atd.) vybraných čtyř stanic, přesněji Schottenring, Taborstrasse, Praterstern a Messe, integrovány kolektory pro jímání nízkopotenciálního geotermálního tepla, které je prostřednictvím tepelných čerpadel nebo chladících strojů dále využito pro vytápění resp. chlazení prostor stanic metra či dalších komerčně využívaných přidružených prostor. Rozsah prováděných staveb spolu s energetickými potřebami stanic a přidružených komerčních prostor byly respektovány při návrhu potřebné plochy kolektorů a způsobu jejich uložení míra využití stavebních prvků a tělesa metra pro energetické účely je tak v každé stanici odlišná: U2/1 Schottenring Při rozšíření stávající stanice na vícepodlažní byly kolektory instalovány do nové základové desky a pilotů stěn. U2/2 Taborstrasse Stanice s kolektory instalovanými do stěn, vrtaných pilotů, základové desky i části samotného tělesa metra. U2/3 Praterstern Díky omezeným možnostem stavebních úprav (přestupní stanice společná s křižující linkou metra U1) byly kolektory instalovány pouze spodní do základové desky a vnějších stěn stanice

20 U2/4 Messe Prater Vzhledem k malým energetickým potřebám stanice (ve srovnání s předchozími) byl kolektor umístěn pouze do části základové desky stanice. Obrázek 14: Simulace energetické bilance (vytápění, chlazení) v průběhu roku pro stanici U2/1 Schottenring Soubor zařízení instalovaných ve 4 stanicích metra dosahuje v součtu 449kW tepelného výkonu a 231kW výkonu pro chlazení. Dostupné zdroje uvádějí bližší technické specifikace pro stanici U2/3 Praterstern, kde kolektor nízkopotenciálního tepla (resp. absorbér v případě chlazení) představuje 3.700m 2 plochy základové desky, 7.350m 2 plochy vnějších stěn stanice. V tomto případě pak celý systém (včetně tepelných čerpadel) na svém výstupu dosahuje projektovaného tepelného výkonu 154kW, resp. 92kW výkonu pro chlazení. Obrázek 15: Vlevo - Mapa rozšíření trasy U2, červeně vyznačeny stanice, v nichž se využívá geotermální energie; vpravo - záběr na kolektory položené do betonových základů stanic 20 78

21 Obrázek 16: Nahoře vlevo - Kolektor v základové desce; nahoře vpravo - instalace kolektoru do ocelové výztuže pilotů; dole řez typickým provedením stanice Jenbach železniční tunel Dalším příkladem projektu pro využití nízkopotenciálního tepla získaného z kolektorů integrovaných v konstrukci podzemních novostaveb je dostavba, resp. rozšíření tunelu rychlostní železnice pod obcí Jenbach v Rakousku. Těleso části tunelu je tvořeno z prefabrikovaných železobetonových energetických segmentů s integrovaným polyethylenovým potrubím o průměru 20mm představujícím kolektor, resp. tepelný výměník. Segmenty jsou pak složeny do prstenců o průměru 12m, které v počtu 27ks tvoří celkem 54m dlouhý energetický úsek tunelu. Při očekávaném tepelném zisku 20W/m2 pak celý systém integrovaný v tělese tunelu představuje 40kW tepelného výkonu. V šachtě pro nouzový únik spojující tunel s nadzemím (27m) je pak instalováno propojovací potrubí mezi sběračem/rozdělovačem kolektoru a místem, kde budou osazena tepelná čerpadla sloužící pro vytápění, chlazení a ohřev TUV v nově budovaných objektech na pozemcích v blízkosti nad tunelem

22 Obrázek 17: Nahoře trasa nově budované železnice, dole - detail části trasy, která bude osazena kolektorem a rovněž místa propojovacího vrtu a konečného místa umístění tepelného čerpadla Obrázek 18: Ukázka segmentů, ze kterých je tunel s integrovanými kolektory tvořen 22 78

23 ÚZEMNÍ ENERGETICKÁ KONCEPCE HLAVNÍHO MĚSTA PRAHY ( ) PŘÍLOHA Č.8 Zahraniční zkušenosti Obrázek 19: Fotografie výztuže segmentů s kolektorovými trubkami Obrázek 20: Fotografie přístupového místa do tunelu (vrtu) a poté vedení primárního okruhu ve výkopu do místa instalace tepelného čerpadla (sídla Jenbach utility) Paříž stanice metra Rambuteau Příkladem využití tepelných zisků vyvolaných provozem podzemních staveb je stanice Pařížského metra Rambuteau. Velmi frekventovaná stanice metra se nachází v centru města pod hustou zástavbou a navíc na trati metra v úseku se strmým stoupáním. Díky vysokým tepelným ziskům vyvolaných provozem, a to jak od samotných cestujících, tak od vytížených souprav metra, neklesá teplota vzduchu ve stanici pod 20 C ani při mrazivých obdobích v zimních měsících. Záměr využití tepla ze stanice metra představila společnost Paris Habitat spravující obecní bytové domy. Pro bytový dům se 17 ti bytovými jednotkami stojící nad stanicí metra je plánována celková rekonstrukce včetně rekonstrukce otopné soustavy, kde je pro bytové jednotky nově uvažována 23 78

24 instalace sálavého teplovodního podlahového vytápění s teplotou vstupní vody 30 C 40 C a nízkým teplotním spádem (max. do 10 C). Systém s tepelnými výměníky vzduch/voda instalovanými ve stanici metra by pak měl podle očekávání investora zajistit zdroj tepla představující až 1/3 ročních nákladů ve srovnání s využitím stávajícího zdroje. Ačkoliv zdroje neuvádí očekávanou investiční náročnost ani další možnosti využití mimo období topné sezóny, záměr je z ekonomického pohledu velmi zajímavý a realizovatelný především díky možnosti využití v dnešní době již nevyužívaného schodiště vedoucího přímo do prostor bytového domu. V tomto ojedinělém případě tak nejsou nutné vysoké náklady na podzemní vrty, protlaky apod., které jsou typicky nezbytné pro vyvedení tepla do místa užití při podobných záměrech. Realizace záměru by měla být dokončena v tomto roce, první provozní zkušenosti pak lze očekávat v příštím roce za topné období 2012/2013. Obrázek 21: Foto stanice Rambuteau Madrid stanice metra Pacífico Dalším příkladem využití nízkopotenciálního tepla z provozu podzemní stanice metra rozšířené navíc o využití tzv. mělkých geotermálních systémů je stanice metra Pacífico v Madridu. V rámci její rekonstrukce a rozšíření byl v roce 2009 ve spolupráci společností Termoterra a IFTec Geoenergia realizován komplexní systém chlazení a vytápění podzemních prostor samotné stanice a přidružených komerčních prostor

25 Obrázek 22: Schéma systému maximální výkony a roční bilance pro chlazení a vytápění s využitím TČ a přímé vytápění Tzv. mělký geotermální systém je tvořen kolektory umístěnými do celkem 32 vrtů sahajících do hloubky 145m pod úroveň podzemní stanice metra. Napojené tepelné čerpadlo pak zajišťuje především chlazení (chladící výkon 120kW při výstupní teplotě 10 C, COP > 4) stanice metra a dalších využívaných podzemních prostor v letních měsících. Po zbytek roku pak provoz systému v reverzním režimu dosahuje 70kW tepelného výkonu pro přímé vytápění (bez využití tepelných čerpadel) při výstupní teplotě v rozsahu C a dalších 20kW tepelného výkonu z tepelného čerpadla při výstupní teplotě 40 C (COP > 3,5). Mělké zemní vrty pak díky vhodnému podloží slouží v celém systému jako akumulátor tepla. Obrázek 23: Schéma systému kolektorů; spouštění vrtací techniky do podzemí; technická místnost s oběhovými čerpadly, sběrači a rozdělovači smyček kolektorů Londýn - Potenciál využití tepla z podzemních prostor metra V roce 2011 byla prezentována zpráva o možnostech využití tepla z podzemních prostor Londýnského metra. Dle průzkumu provozovatele metra bylo zjištěno, že většina prostor metra je přehřívána především vysokými provozními tepelnými zisky a zejména v letních měsících, kdy je do podzemí přiváděn větrací vzduch s vysokou teplotou, pak pro zajištění dostatečného komfortu požadovaného cestujícími vyvstává potřeba podzemní prostory dochlazovat

26 Obrázek 24: Průměrná teplota v prostředí stanic metra v závislosti na venkovní teplotě prostředí. Za účelem prozkoumání možností využití tepla bylo provedeno dlouhodobé a detailní měření teplot ve stanicích, tubusu metra a ventilačních šachtách, které mimo jiné ukázalo, že teplota venkovního prostředí ovlivňuje přibližně z 1/3 výslednou teplotu v podzemních prostorách metra. Podrobně byly zkoumány dvě možnosti získávání tepla z pohledu umístění tepelných výměníků za prvé přímo v prostorách stanic prostřednictvím tzv. staničních vzduchotechnických jednotek (PAHU platform air handling unit), druhou možností je pak osazení výměníků do ventilačních šachet. Obrázek 25: Vizualizace navržené tzv. staniční vzduchotechnické jednotky (výměník vzduch/voda) zajišťující dochlazování prostor metra. V současné době jsou PAHU instalovány ve dvou stanicích metra (Oxford Circus a Green Park), které zatím slouží výhradně pro chlazení prostor nástupiště. Do jednotky je přiváděna chladná voda (15 C), která se ve výměníku jednotky ohřeje o 8 C, což při průtoku 3kg/s představuje potenciál přibližně 100kW tepelného výkonu k dalšímu využití

27 Další možností, která zatím v Londýnském metru nebyla realizována, je pak instalace tepelného výměníku do ventilační šachty, kde se nabízí několik možností provedení tak, jak znázorňuje následující obrázek. Obrázek 26: Možnosti provedení kolektoru/tepelného výměníku ve ventilační šachtě; výslednou volbu ovlivňují mimo jiné i místní provozní či legislativní předpisy. Místní legislativní či provozní předpisy obvykle povolují pouze takové využití ventilačních šachet, které nemá na ventilační systém negativní vliv z pohledu tlakových ztrát či omezení průtoků vzduchu. V takovém případě pak může být realizace tepelného výměníku do ventilační šachty technicky a tedy i ekonomicky náročnější oproti původním očekáváním. O vhodnosti umístění kolektorů/tepelných výměníků do stanic nebo ventilačních šachet pak rozhodují konkrétní podmínky a potřeby a to jak na straně provozovatele metra, tak především na straně konečného uživatele získaného tepla. Kromě zmíněné instalace PAHU jednotek za účelem chlazení bez dalšího využití odvedeného tepla nebyl ve stávajících stanicích Londýnského metra realizován žádný další systém. Ekonomická náročnost spojená s realizací propojení podzemních prostor a vhodného konečného odběratele takto získaného nízkopotenciálního tepla nebyla dosud shledána jako efektivní i přes kalkulované velmi vysoké COP, které by mělo být dosaženo díky relativně vysokým teplotám a tedy i vysokým tepelným ziskům v prostorách stanic Využití energie odpadních vod pomocí TČ Úvod V městských aglomeracích zpravidla existuje rozsáhlý systém kanalizačních sítí sloužících k transportu zejména splaškových vod, využitých v domácnostech, objektech občanského vybavení nebo průmyslových objektech, do čistíren odpadních vod (dále jen ČOV ). Spolu s těmito odpadními vodami z budov odchází značné množství tepelné energie, díky čemuž v sobě tyto odpadní vody skýtají vysoký potenciál k tomu, aby se v nich obsažená energie odčerpala a využila na potřebné účely. Vhodným způsobem takového využití je osvědčená technologie tepelných čerpadel, díky které lze energii odpadních vod využívat zejména pro vytápění nebo jiné technologické potřeby, ale i využití odpadních vod pro chlazení. Za pomoci tepelných čerpadel tak lze energii obsaženou v odpadních vodách zvýšit na tepelnou úroveň potřebnou pro daný účel nebo naopak vodu využít pro přímé či nepřímé chlazení. Chlazení pomocí odpadních vod je obvykle prováděno za pomocí standardních kompresorových chladicích zařízení s vodou chlazeným kondenzátorem. Možné je také přímé užití 27 78

28 chladných odpadních vod za předpokladu, že jejich teplota v teplých obdobích roku zásadně nevzrůstá. Protože je však často zakázáno vyvedení chladicí vody do vodních toků, je nutné nejprve vyjednat svolení orgánu odpovědného za ochranu vod. Praxe napříč Evropou, ale i celosvětově, ukazuje stovky fungujících aplikací v rozmanitém měřítku z hlediska výkonových parametrů. Jedná se o aplikace tepelných čerpadel využívajících odpadních vod od desítek kilowatt až po jednotky megawatt výkonu. V principu jde o využití energie k pokrytí základních potřeb a pro doplňující pokrytí špičkových potřeb již slouží konvenční záložní zdroje energie. Ve srovnání s tradičními zdroji energie prostředí běžně využívanými tepelnými čerpadly, jako je energie vzduchu, vody nebo geotermální energie, poskytují odpadní vody během otopného období relativně vysoké teploty pohybující se velmi zřídka pod 10 C (Obrázek 27). V průběhu letního období se teploty odpadních vod mohou pohybovat až na úrovni mírně přes 20 C. Nutno však podotknout, že teploty odpadních vod oscilují i během jednotlivých dní v závislosti na jejich využití a provozu v objektech. Přesto z hlediska zdroje tepla v podobě odpadní vody jde o zdroj s celoročně velmi příznivými teplotami. Obrázek 27: Vlevo: Teploty odpadních vod na vstupu do ČOV (Zurich), Vpravo: Denní rozdíly teplot odpadních vod vstupujících a vystupujících z ČOV (Zurich)(Zdroj: EAWAG 2006) Druhou podstatnou charakteristickou vlastností odpadních vod je jejich množství, protože z tohoto hlediska jde o částečně omezený zdroj energie. Zde je podstatné také to, zdali se jedná o jednotnou nebo oddílnou kanalizační síť. Průtoky se tak pohybují v úrovni od nočního minima, za bezdeštného období v případě jednotných sítí, až po denní maxima nebo maxima za silných dešťů, kdy jsou průtoky až několikanásobné. Dalším hlediskem je závislost na dostatečném množství odpadních vod, což se odvíjí od využívání vody v rámci budov, technologických procesů, v průmyslu apod. Trendem je efektivní využívání vody obecně a snaha o snižování spotřeby, proto je třeba vzít tyto aspekty s výhledem do budoucna v potaz a být obezřetný při návrhu využití odpadních vod. Potenciál ekonomicky výhodného využití se nabízí zejména v místech, kde je odpadní voda k dispozici neustále a v dostatečném množství. Typicky se může jednat o budovy s vysokou spotřebou vody (nemocnice, průmyslové provozy, sportovní centra, obytné stavby a čtvrti, aj.), páteřní odpadní stoky z obytných nebo průmyslových oblastí anebo přímo ČOV. I přes některé zmíněné omezující aspekty jde o zdroj energie s velikým potenciálem, jehož využití lze rozdělit do dvou základních kategorií podle místa, kde je energie z odpadních vod čerpána: 28 78

29 1. Energie nevyčištěných odpadních vod. 2. Energie z vyčištěných odpadních vod. Obrázek 28: Principielní možnosti využití energie odpadních vod (Zdroj: SwissEnergy 2005) Jako třetí možnost lze zmínit rekuperaci energie odpadní vody přímo v objektech s jejich vysokou produkcí (nemocnice, průmyslové provozy, vzdělávací objekty, sportovní objekty, bazény, ubytovací a obytné objekty, ad.). Pokud jde o provozy s konstantním průtokem odpadních vod (typicky technologické procesy), jsou zde standardně využívány výměníky tepla pro rekuperaci tepelné energie. U ostatních provozů, kde množství odpadních vod není konstantní a odpadní vody přichází ve vlnách v dobách špiček potřeby vody, je nutné pro získávání tepelné energie využít akumulačních zařízení s instalovanými výměníky tepla. V rámci zpracovaného přehledu zahraniční praxe se však budeme zabývat výhradně dvěma výše uvedenými způsoby využití energie odpadních vod. Energie nevyčištěných odpadních vod Důležitým základním předpokladem využití energie odpadní vody je schválení správce a provozovatele kanalizační sítě, stejně jako provozovatele ČOV. Důvodem je citlivost biologického procesu čištění splaškových vod na teplotě. Proto je nutné a důležité zachovávat ochlazení odpadní vody na stanovené míře, což je teplota cca 10 C, pod kterou by teplota odpadní vody na vstupu do ČOV neměla klesnout. Existují dva základní technologické způsoby využívání energie odpadní vody v kanalizačních stokách. Jedním je instalace výměníku tepla dodatečně přímo na dno stoky nebo pomocí integrovaných výměníků tepla v konstrukci stoky při realizaci nové kanalizační sítě

30 Obrázek 29: Instalace s výměníkem tepla na dně kanalizační stoky (Zdroj: SwissEnergy 2005) Druhým technologickým způsobem je využití externího výměníku tepla (nebo přímo k výparníku tepelného čerpadla), ke kterému je odpadní voda ze stoky po hrubém předčištění a filtraci čerpána a po předání části své energie vrácena zpět do kanalizační stoky. Obrázek 30: Instalace s externím výměníkem tepla a čerpáním filtrované odpadní vody (Zdroj: Huber CS) Oba způsoby získávání energie z kanalizační sítě přinášejí své výhody i nevýhody, které musí být zváženy při konkrétních podmínkách každé instalace. První varianta například přináší úsporu v nepotřebnosti pomocné energie na čerpací práci, naopak ji ale lze využít pouze ve stokách dostatečné velikosti a s potřebným průtokem. Druhá varianta přináší větší flexibilitu ve vyžití díky své nezávislosti na dimenzi stoky, s ohledem na výkon a tvar výměníku tepla, a jednodušším způsobu instalace na stávající stokové sítě

31 Příklady využití nevyčištěných odpadních vod OSLO Systém CZT V Oslu je vybudovaná rozsáhlá síť CZT o délce 193 km zásobovaná z celkem 36 zdrojů tepla s roční produkcí přibližně 900 GWh tepla, z čehož cca 50% pochází z odpadního tepla a zbytek je převážně vyráběn spalováním odpadů, dřeva, případně pomocí tepelných čerpadel z pobřežních vod přilehlého zálivu. Ve městě je vybudována také síť kanalizace, jejíž páteřní stoka vede do vzdálenějších oblastí za město, kde obsluhuje také příměstské oblasti. Samotná ČOV (VEAS) je lokalizována přibližně 30 km od města a délka trasy stoky je více než 42 km s průměrným průtokem splašků 2,4 m 3 /s a průměrnou teplotou přibližně 9,6 C. Díky velké vzdálenosti od obydlených oblastí je tak využití energetického potenciálu přímo v ČOV nebo za ní ekonomicky nesmysluplné. Proto bylo využito faktu, že páteřní stoka vede přes hustě osídlenou západní část Osla a přenáší hlavní zatížení města splaškovými vodami a v roce 2005 došlo k instalaci jednotky tepelného čerpadla o výkonu až 18,4 MW do jedné z tepláren v západní části Osla. Tepelné čerpadlo zde čerpáním proudící odpadní vody do výměníku tepla tepelného čerpadla využívá energii z jednoho z největších odpadních kanálů ve městě k výrobě tepla na úrovni až 90 C, které dodává do sítě CZT. Obrázek 31: Vlevo: Schéma hlavní kanalizační sítě v Oslu; Vpravo: technická specifikace TČ (Zdroj: Friotherm) Obdobným způsobem byla v roce 2007 vybudována stanice CZT v příměstské části Sandvika, kdy ze stejné kanalizační stoky je na stejném principu odebírána odpadní voda, ze které je extrahována tepelná energie za pomocí kaskády dvou tepelných čerpadel zajišťujících dodávku tepla i chladu do centrální energetické sítě v oblasti pro zásobování kancelářských budov, školských zařízení, sportovních zařízení a obytných budov. Doplňkovým zdrojem tepla centrální energetické sítě jsou původní kotle na topný olej a konvenční kompresorový chladič. Dvě jednotky tepelných čerpadel disponují výkonem 6,5 MW pro dodávku tepla a 4,5 MW pro výrobu chladu a společně zajišťují až 80% výroby energie celého systému centrálního zásobování energiemi

32 Obrázek 32: Vlevo: Podzemní instalace tepelných čerpadel pro využití odpadních vod, Sandvika, Oslo; Vpravo: potrubí centrálního zásobování tepla a chladu (Zdroj: Friotherm) WINTERTHUR Obytná zástavba Wässerwiesen V roce 2009 byla po několika letech příprav zahájena výstavba nové části kanalizační stoky v obytné čtvrti Wässerwiesen o velikosti cca 400 bytových jednotek a 1000 obyvatel. Pro získávání tepla z odpadních vod zde byl navržen systém s vloženým tepelným výměníkem na dno kanalizační stoky. Pro vytápění zůstal zachován stávající systém s tepelnými čerpadly a plynovými kotli. Instalovaný systém od roku 2010 operuje s parametry výkonu až 400 kw při délce instalovaného výměníku v potrubí 154 m a ploše 161 m 2, při minimálním průtoku odpadních vod 500 l/s o minimální teplotě odpadních vod 12 C a maximálním dovoleným ochlazením o 1 C. systém získávání tepla je vybaven elektronickým řídícím zařízením, které také mj. dohlíží na ochlazování odpadních vod z hlediska zachování dostatečné teploty před vstupem do biologického čistícího procesu v ČOV. Obrázek 33: Vlevo: Instalace výměníku tepla na dně kanalizační stoky z Wässerwiesenu; Vpravo: obytná zástavby čtvrti Wässerwiesen (Zdroj: EBM) Výsledným efektem instalace výměníků tepla pro využití energie odpadních vod z obytných budov je celková úspora až 80% spotřeby tepla v zemním plynu, který je nadále spotřebováván pouze pro zajištění špičkových odběrů tepla na vytápění a přípravu TV. Podle informací provozovatele bylo sice nutné investovat větší prostředky při instalaci, nicméně ty jsou poté vykoupeny nižšími provozními náklady než u konvenčních systémů, což dělá investici udržitelnou, stejně jako výsledný vliv na životní prostředí systému náhrady konvenčních zdrojů spotřebovávajících fosilní paliva za využití odpadního tepla

33 Energie vyčištěných odpadních vod Energetický potenciál odpadních vod po procesu biologického čištění, tedy na odtoku z ČOV, je mnohem vyšší než u nevyčištěných odpadních vod, protože na výtoku z ČOV může být odpadní voda zchlazena mnohem více, než před procesem čištění z teplotních důvodů uvedených výše. Teplota vyčištěné odpadní vody po zchlazení může dosahovat až 8 C. Nevýhodou tohoto způsobu využití energie odpadní vody může být umístění čistíren odpadních vod často na okrajích měst, kde v případě absence teplovodní nebo chladicí centrální sítě (jaká se nachází např. v Helsinkách) jsou možnosti odběru tepelné energie omezené na lokální využití tepla pro blízké odběry nebo přichází nutnost vybudování centrální energetické zásobovací sítě (teplo, eventuálně chlad). Řešením může být i využití tepla v rámci stanice čistírny např. pro ohřívání anaerobních zásobníků nebo nízkoteplotní sušení kalů. Tyto tepelné potřeby jsou však již často pokryty teplem z instalovaných kogeneračních jednotek na kalový plyn produkovaný v rámci procesu čištění. Pravděpodobnější je tedy externí využití energie odpadních vod, což se dá rozdělit do dvou systémů. Jedním je distribuce vyčištěné odpadní vody z odtoku ČOV potrubní sítí přímo k odběratelům, kde by tato voda byla využita jako zdroj energie pro instalovaná tepelná čerpadla (decentrální systém). Druhou možností je naopak centrální systém výroby tepla z odpadní vody pomocí tepelných čerpadel a následná distribuce tepla sítí CZT ke konečným odběratelům. Obrázek 34: Vlevo decentrální systém výroby tepla z vyčištěné odpadní vody, vpravo centrální systém (Zdroj: Felix Schmid, SwissEnergy) Příklady využití vyčištěných odpadních vod BERN Obytná čtvrť Bremgarten Čistírna odpadních vod Švýcarského hlavního města je dimenzována na cca 350 tis. obyvatel a skýtá potenciál ve využití vyčištěných odpadních vod až 30 MW. Část tohoto potenciálu o velikosti až 1,4 MW je využívána s pomocí dvou výměníků tepla (2 x 700 kw), ve kterých se vypouštěná odpadní voda z ČOV zchladí až o 2 C a s využitím tepelného čerpadla předá teplo topné vodě v navazujícím 33 78

34 systému CZT, který zásobuje 4 a půl kilometru dlouhým potrubím soubor stovek rodinných domů. Dodavatel tepla prodá ročně celkem až 5 GWh tepla a okolo 60% z toho pochází z odpadních vod. Stanice vykazuje měřený topný faktor (COP), vč. započtení oběhových čerpadel, ve výši 3,0. Obrázek 35: Technická data stanice Katri Valan (Zdroj: Friotherm) Obrázek 36: Výměník tepla v ČOV v Bernu (Zdroj: Huber CS) HELSINKI Městský systém CZT a centrálního zásobování chladem Helsinky jsou městem známým pro svůj rozsáhlý systém centrálního zásobování teplem (budován od 50. let minulého století) a chladem založený na kombinované výrobě elektřiny a tepla (KVET) ze zemního plynu. V současnosti systém CZT pokrývá přes 90% celkové spotřeby tepla. Systém zásobování chladem začal být budován v 90. letech díky zvyšující se poptávce po chladu v kancelářských a průmyslových objektech a zejména díky své environmentální a ekonomické efektivitě v porovnání s konvenčními technologiemi v podobě malých klimatizačních jednotek. Výrobu chladu zajišťují dva absorpční chladicí stroje o výkonu až 10 MW. Při rostoucí poptávce po teple i chladu vybudovala energetická společnost provozující tento centrální systém nový zdroj tepla a chladu v podobě stanice KVET Katri Valan umístěné v podzemní kaverně. Pomocí instalovaných tepelných čerpadel vyrábí stanice teplou vodu pro dodávku do CZT o teplotě až 88 C a zároveň chladicí vodu pro potřeby centrálního zásobování chladem o teplotě 4 C. Technická data viz 34 78

35 . Obrázek 35: Technická data stanice Svou úlohu v tomto důmyslném systému hrají také odpadní Katri Valan (Zdroj: Friotherm) vody. Jak ukazuje Obrázek 37, v zimním období je tepelná energie pro CZT získávána díky ohřevu výparníků tepelného čerpadla přes tepelný výměník s proudící vyčištěnou odpadní vodou tekoucí z ČOV Viikki o vstupní teplotě 10 C, která je tímto ochlazena až na 4 C a vypouštěna dále do moře. Topná voda CZT je takto předehřívána pouze tepelnými čerpadly z energie odpadní vody pouze na úroveň 62 C, což zajišťuje jejich topný faktor (COP). V zimním období je veškerá vyrobená tepelná energie z odpadních vod pohlcena systémem CZT, zatímco potřeba chladu je pokryta využitím chlazení pomocí mořské vody v tzv. režimu free cooling, kdy pro ochlazení chladicí vody na požadované parametry není potřeba pohonu kompresorů tepelných čerpadel. Obrázek 37: Zjednodušené schéma funkce systému CZT a centrálního zásobování chladem ze stanice Katri Valan (Zdroj: Friotherm) SCHLIEREN Městský systém CZT a centrálního zásobování chladem Schlieren je město ležící v těsné blízkosti města Zurich. V roce 2006 bylo v budově švýcarské pošty v městské části Mülligen vybudováno první ze dvou energetických center, na nějž navazuje síť CZT a chladu pro část města. Prvotním konceptem z roku 2005 bylo pouze vytápění a chlazení samotné budovy pošty, až v následující fázi bylo vybudována síť centrálního zásobování, vč. následného vybudování druhého energetického centra v roce 2009 v části Rietbach se svou navazující sítí centrálního zásobování. Obě tato centra jsou napojena potrubním vedením zásobovány vyčištěnou odpadní vodou z ČOV Werdhölzli ležící na okraji Zurichu, která byla dříve vypouštěna bez využití do řeky Limmat

36 Obrázek 38: Schematické znázornění energetické sítě ve městě Schlieren (Zdroj: ewz) Obě energetická centra jsou vybavena kaskádami reversibilních tepelných čerpadel s amoniakovým chladivovým okruhem o souhrnném výkonu cca 5,5 MW v každém. Energetický koncept tohoto systému je navržen tak, aby nejen využíval energii odpadních vod z ČOV, ale také využíval odpadní teplo z okolních průmyslových procesů a objektů. K pokrytí špičkových potřeb jsou dále k dispozici konvenční zdroje tepla na zemní plyn či topný olej. Každý ze systémů je schopný vyrábět zároveň teplo i chlad. V létě je chladnější voda z ČOV využívána pro chlazení kondenzátorů tepelných čerpadel (typicky je chladnější než vnější vzduch v létě), naopak v době větší poptávky po teple slouží voda primárně pro jeho výrobu za pomocí tepelných čerpadel. Obrázek 39: Koncept vytápění a chlazení ve městě Schlieren (Zdroj: ewz) Z energetického centra v budově švýcarské pošty, je vytápěna a chlazena samotná budova a její technologie, což byl původní záměr celého energetického systému. Budova samotná je největší svého druhu ve Švýcarsku s obestavěným prostorem o velikosti 1 mil. m 3 a potřebou tepla MWh/a a chladu MWh. Hlavním zdrojem tepla a chladu je kaskáda 8 tepelných čerpadel s chladivem v podobě amoniaku, který nepoškozuje ozonovou vrstvu. Celkový chladicí výkon kaskády je 4,3 MW a tepelný pak 5,6 MW v teplé vodě na úrovni 62 C. Přibližně 50% tepelné energie je získáno z odpadní přečištěné vody, dalších 30% je získáno rekuperací tepla z větracího systému budovy. V létě a teplejších částech roku, kdy není požadováno vytápění systém využívá odpadní vodu pro chlazení kondenzátorů tepelných čerpadel při výrobě chladu. Výsledkem je celková energetická bilance energetických center, kdy cca 30% potřeby tepla je pokryto odpadním teplem jako odpadním produktem při výrobě chladu, dalších 55% potřeby tepla produkují 36 78

37 tepelná čerpadla z vyčištěné odpadní vody z ČOV. Zbylých 15% převážně špičkové potřeby je pak dodáváno konvenčními zdroji tepla na fosilní paliva. V roční bilanci tak dochází k úspoře spotřeby fosilních paliv až 54,8 tis.mwh/a, čemuž odpovídá snížení produkce emisí CO 2 o více než tun/a. Obrázek 40: Vlevo: Energetická bilance systému Vpravo: Energetická bilance potenciálního konvenčního energetického systému (Zdroj: ewz) Tabulka 1: Parametry energetických systémů (Zdroj: ewz) 37 78

38 3.2 Přímé chlazení pomocí povrchových vod Standardním způsobem zajišťování chladu pro chlazení budov jsou lokální zdroje chladu, nejčastěji s kompresorovými chladicími jednotkami, které musí předávat odpadní teplo do ovzduší prostřednictvím chladicích věží. Vedle spotřeby elektřiny to vyžaduje spotřebu vody pro zefektivnění provozu v letním období a odpovídající nákladné vodní hospodářství. Umístění chl. věží vně budov je též často problematické z architektonického hlediska. Alternativním řešením je systém dálkového chlazení ( district cooling ), který díky centralizaci výroby chladu na vhodném místě může dosáhnout nižších výrobních nákladů na jednotku chladu. Distribuční systém chlazené vody má však poměrně velké ztráty a je investičně nákladný. V případě dostupnosti významné kapacity povrchové vody o realivně nízké teplotě v průběhu roku (větší řeka nebo jezero) je možno tuto vodu rozvádět a vytvořit tak systém dálkového přímého chlazení. Napojené budovy využívají dostupný potenciál chladu buď přímo, nebo alespoň pro chlazení kondenzátorů chladicích jednotek. Dva příklady realizace ve městech Paříž a Ženeva jsou ukázány v následujících kapitolách. Obrázek 41: Principielní schéma dálkového chladicího systému 38 78

39 3.2.1 Centrální systém chlazení v Paříži V centru Paříže byl vybudován velký a komplexně řešený systém rozvodu chladu, který je tvořen celkem 7 centralizovanými zdroji, další samostatný systém je ve východní části metropole. Obrázek 42: Centrální chladicí systémy v Paříži Hlavní parametry dálkového systému chlazení v centru Paříže: zdroj: Climespace, GDF Suez náročná instalace rozvodů chladu v hustě zastavěném území o celkové délce sítě 70 km cca 500 napojených budov (administrativní, veřejné, zdravotnické, obchodní centra; s velkým podílem historických budov); celkem 5 mil. m 2 ze 7 centrálních zdrojů je 5 umístěno pod povrchem a 3 využívají přímé chlazení ( direct / free cooling ) vodou ze Seiny; celková kapacita přes 330 MW 3 akumulační zásobníky chladu přínos oproti lokálním samostatným chladicím jednotkám: 50% zvýšení energetické účinnosti Hlavní parametry dálkového systému chlazení v oblasti Bercy: celková délka sítě 6,5 km 50 napojených budov, především administrativních a nákupních center s velkým podílem nových budov, celkem 800 tis. m 2 celková kapacita 54 MW, chladicí jednotky chlazení vodou ze Seiny úspory vody oproti lokálním samostatným chladicím jednotkám 65% 39 78

40 Příklad řešení chladicího centra Place du Canada umístěno v 5 podzemních patrech, hloubka stavební jámy 30 m, průměr 21 m výkon 52 MW, v provozu od r Obrázek 43: Chl. centrum Place du Canada dispozice celkem 8 chl. jednotek je umístěno na 2 nejnižších úrovních zdroj: Friotherm AG Obrázek 44: Nárůst využitísystému dálkového chlazení v Paříži celková výroba chladu v systému dálkového chlazení (tmavší modrá) a pomocí lokálních chl. věží (světlejší barva), červená čára: podíl užití vody ze Seiny Spotřeba elektřiny v systému dálkového chlazení (tmavá červená) a v lokálních systémech s chl. věžemi (oranžová); zelná čára: počet lokalit používajících vodu ze Seiny zdroj: Climespace, GDF Suez 40 78